專利名稱：配變箱數據傳輸裝置及其數據傳輸方法
技術領域：
本發明涉及一種電力系統配電設備，特別是一種配變計量箱(簡稱配變箱)數據 傳輸裝置及其數據傳輸方法。
背景技術：
配變計量箱(簡稱配變箱)主要與小區變電站、桿上變電站或箱式變電站配套安 裝，一般安裝在居民小區配電房的動力柜內、戶外桿上變電站的下方等，另外，在變電站的 后臺監控中心還配有后臺數據管理服務器，后臺數據管理服務器通過無線通訊方式和配變 箱之間形成數據傳輸系統，主要負責對來自配變箱的實時數據進行統一管理。通常，配變箱主要由以下幾個部分組成箱體、補償電容器等動作執行裝置、測控 裝置(用來測量電力數據并控制電容的投切)和通訊裝置。其中，測控裝置是系統核心控 制部件，用來采集線路運行狀態，然后進行數據處理，最后控制電容器投切執行裝置執行相 應動作；通訊裝置負責測控裝置和后臺監控中心的無線通訊，安裝有天線(柜內或柜外)。在現有技術中，配變箱數據傳輸系統通過測控裝置采集到數據后，一般直接通過 標準的GPRS無線通訊模塊進行轉發，由于標準GPRS模塊只有透明轉發功能，配變箱中數據 的存儲、處理等過程完全依靠無功補償測控儀等前端傳感設備實現，而由于無功補償測控 儀等前端傳感設備的功能限制，系統往往采用后臺召測-終端響應的被動工作模式(即后 臺主動發送召測命令，終端響應后臺命令后，再開始進行數據采集和發送的工作)，這樣使 得系統的整體數據存儲和處理功能受到了很大限制，往往出現數據轉發能力低下、傳輸可 靠性無法保證的問題。由于配變箱的現場電力數據經常無法可靠地傳輸到后臺服務器中， 這樣用戶就不能及時看到實時電力數據，用戶為了獲取電力參數，仍然需要到現場的配變 箱中本地采集數據，不僅參數的讀取成本高、操作不方便，而且數據實時性滯后，配變箱數 據輸系統的作用就大打折扣。
發明內容
本發明所要解決的第一個技術問題是針對上述現有技術現狀而提供一種能有效 提高數據傳輸的實時性和可靠性，并且使得數據處理和轉發能力更高的配變箱傳輸裝置。本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種應用有上述配變箱數據傳輸裝置 的數據傳輸方法。本發明解決上述第一個技術問題所采用的技術方案為該配變箱數據傳輸裝置， 包括有配變計量箱箱體；傳感設備，設置于所述配變計量箱箱體內，該傳感設備用于采集變電站線路的運 行狀態，該傳感設備包括有第一輸出端和第二輸出端；動作執行機構，設置于所述配變計量箱箱體內，該動作執行機構的控制輸入端和 所述的傳感設備的第一輸出端連接，并且，所述的傳感設備控制所述動作執行機構執行相應的動作；以及后臺監控系統，包括有通信服務器、多個客戶端、數據服務器和應用服務器，其中， 所述的通信服務器、數據服務器、應用服務器分別通過通信網絡和所述的客戶端連接并實 現數據通信；其特征在于所述的配變箱數據傳輸裝置還包括有能實現數據存儲和處理的配變 數據轉發器，該配變數據轉發器的輸入端和所述傳感設備的第二輸出端連接，該配變數據 轉發器的輸出端通過無線網絡和所述通信服務器的輸入端連接。為了更好地實現配變數據轉發器的數據處理和存儲，作為優選，所述的配變數據 轉發器包括有一中央處理器，所述的中央處理器連接有電源模塊、數據采集模塊、數據存儲 模塊、無線網絡傳輸模塊、信號顯示模塊和定時模塊。上述功能模塊中，數據采集模塊能夠 接收來自自傳感設備的數據；數據存儲模塊能夠實現數據的本地存儲，從而保證所有采集 數據的安全性，防止出現不必要的數據丟失；無線網絡傳輸模塊實現和后臺監控系統的無 線網絡通信；信號顯示模塊能夠顯示配變數據轉發器的工作狀態，提高裝置的工作可靠性； 定時模塊能夠根據當前時鐘值和預設的觸發策略自動觸發其他功能模塊進行工作。作為優選，所述的中央處理器為基于ARM7架構的LPC2378芯片。作為進一步優選，所述的數據存儲模塊為大容量工業級SD卡。作為優選，所述的通信網絡為基于TCP/IP協議的電力局域網。作為再一個優選，所述的無線網絡為GPRS通訊網絡。作為優選，所述的傳感設備為無功補償測控儀，相應地，所述的執行機構為無功補 償電容投切裝置，并且，為了實現點對點通信和聯網功能，所述的無功補償測控儀和所述的 配變箱數據傳輸裝置之間采用RS232/RS485通信方式實現數據傳輸。本發明解決上述第二個技術問題所采用的技術方案為一種配變箱數據傳輸裝置 的數據傳輸方法，其特征在于，該數據傳輸方法包括有如下步驟步驟一所述配變數據轉發器作為數據采集終端定時采集由所述傳感設備檢測到 的電力線路實時數據；步驟二 所述配變數據轉發器將采集到的實時數據進行規約轉換；步驟三所述配變數據轉發器將經所述步驟二規約轉換后的實時數據發送至所述 后臺監控系統，該配變數據轉發器并同時啟動計時；步驟四所述后臺監控系統的客戶端確認是否收到所述的實時數據，如果是，則該 后臺監控系統處理該實時數據，然后繼續下一步驟；如果否，則轉到步驟六；步驟五所述后臺監控系統處理所述的實時數據，并向所述配變數據轉發器發送 確認包；步驟六；所述配變數據轉發器在計時結束前確認是否收到所述后臺監控系統發送 的確認包，如果是，則配電箱本次實時數據傳輸成功，結束本次傳輸任務；如果否，則繼續下
一步驟；步驟七所述配變數據轉發器判斷本次實時數據的重發次數是否超過設定值，如 果否，則返回重新執行所述步驟三；如果是，則繼續下一步驟；步驟八所述配變數據轉發器確認正在發送的實時數據是否已經存儲在本地，如 果是，則轉到步驟十；如果否，則繼續下一步驟；
步驟九所述配變數據轉發器將發送失敗的所述實時數據存儲在本地，并且建立 相應的數據補發任務進行長時間保存；步驟十所述的配變數據轉發器定時觸發所述的數據補發任務，并且返回重復執 行所述步驟三。作為優選，所述的實時數據可以包括有即時數據、整點數據、日統計數據和月統計
數據等。與現有技術相比，本發明的優點在于首先，在配變箱中增加配變數據轉發器，該 配變數據轉發器引入了大容量存儲，可以實現數據存儲、處理和轉發功能，增大數據存儲能 力，并且與前端傳感設備、通信連路和后臺監控中心無縫鏈接，保證了電力數據能可靠地送 到后臺，從而大大提高了系統的實用性；其次，增加配變數據轉發器不僅有利于提高用戶的工作效率和保障電力設備的運 行安全，而且，還使得測控設備可以專注于自身領域的功能和性能提升，通信設備可以專注 于穩定通信的保障，從而有利于問題的分類處理，系統整體結構的層次更加明確。再者，配變數據轉發器實現了現場終端主動發送模式，可以省去后臺監控中心的 召測步驟，還引入了失敗重發機制，進一步提高了數據傳輸的完整性和可靠性。
圖1為本發明實施例的數據傳輸裝置連接結構示意圖。圖2為圖1所示配變數據轉發器的功能模塊結構示意圖。圖3為本發明實施例的中央處理器接口電路原理示意圖。圖4為本發明實施例的配變箱數據裝置的工作流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。本實施例的配變箱數據傳輸裝置主要應用于浙江省電力公司，如圖1 圖4所示， 該配變箱數據傳輸裝置包括有配變計量箱箱體1 ；設置于配變計量箱箱體1內的傳感設備2，該傳感設備2用于采集變電站線路的運 行狀態，該傳感設備2包括有第一輸出端21和第二輸出端22 ；設置于配變計量箱箱體1內的動作執行機構3，該動作執行機構3的控制輸入端和 傳感設備2的第一輸出端21連接，傳感設備2控制動作執行機構3執行相應的動作；配變數據轉發器4，該配變數據轉發器4的輸入端41和傳感設備2的第二輸出端 22連接，其中，配變數據轉發器4包括有一中央處理器41，該中央處理器41連接有電源模 塊411、數據采集模塊412、數據存儲模塊413、無線網絡傳輸模塊414、信號顯示模塊415和 定時模塊416 ；其中，數據采集模塊412能夠接收來自各傳感設備2的實時數據，目前可以采集的 實時數據包括即時數據、整點數據、日統計數據和月統計數據等；數據存儲模塊413能夠實 現實時數據的本地存儲，從而保證所有采集數據的安全性，防止出現不必要的數據丟失；無 線網絡傳輸模塊414實現和后臺監控系統的無線網絡通信；信號顯示模塊415能夠顯示配變數據轉發器4的工作狀態，提高裝置的工作可靠性；定時模塊416能夠根據當前時鐘值和 預設的觸發策略自動觸發其他功能模塊進行工作，定時模塊416主要定時觸發數據采集模 塊，另外還觸發自動校時模塊、自動檢測恢復模塊和心跳維持模塊；后臺監控系統，包括有通信服務器5、多個客戶端6、數據服務器7和應用服務器8， 其中，通信服務器5、數據服務器7、應用服務器8分別通過基于TCP/IP協議的電力局域網 和客戶端6連接并實現數據通信。后臺通信服務器5的輸入端和配變數據轉發器4的輸出 端通過GPRS無線網絡連接。本實施例的傳感設備2可以為現有技術的各種電力數據采集設備，優選為無功補 償測控儀，而動作執行機構3也相應地為無功補償電容投切裝置，并且，無功補償測控儀和 配變數據轉發器4之間采用RS232/RS485通信方式實現數據傳輸。本實施例的配變數據轉發器基于嵌入式技術開發，配變數據轉發器4的中央處理 器(CPU) 41為基于ARM7架構的LPC2378芯片，如圖3所示，該中央處理器設置有三個常規的 外圍電路，即電源電路、復位電路和時鐘電路，本電源電路采用開關電源和直流電壓轉換芯 片，完成從交流220V到直流5V/3. 3V芯片工作電壓的轉換；中央處理器內部集成一個標準 GPRS傳輸模塊，該模塊與中央處理器內部串口連接，模塊內部集成TCP/IP協議棧，CPU主程 序通過AT命令直接控制GPRS模塊執行相應動作；中央處理器還外擴多個接口 串行接口、 SD卡接口、內部JTAG接口和指示燈連接接口。其中，串行接口設置有2個，用于接入無功補償測控儀等前端傳感設備，可以通過 跳線設置為RS232電平或RS485電平；設置1個SD卡接口作為數據存儲模塊，該SD卡接口 設置有SD卡座，可以插入大容量工業級SD卡實現數據存儲；設置有7個連接在指示燈連接 接口上的指示燈，用于指示系統不同的工作狀態；另外，還設置有1個專用調試串口，用于 本地查詢系統工作狀態；設置一個復位按鈕，用于系統重新啟動。一、本實施例的配變數據轉發器的軟件功能如下1、本配變數據轉發器是兼具數據采集、存儲、轉發、GPRS通信功能于一體的智能化 設備。2、本配變數據轉發器具有實時數據采集功能(從其他前端傳感設備采集)、本地 數據存儲功能、數據主動發送功能、數據被動召測功能以及問答、自檢等功能。其中，配變數 據轉發器與前端傳感設備采用RS232/RS485通信方式，配變數據轉發器與后臺監控中心采 用GPRS通信方式。3、本配變數據轉發器能夠通過串口實時采集無功補償儀中的數據，并將這些實時 數據存儲到本設備中；至少支持一分鐘一次的數據采集密度(采集密度可調)，支持數據長 時間存儲；存儲空間用完后，新數據自動覆蓋最老的數據。軟件設計滿足可以擴展采集其他 類型設備的數據而不用對現有程序框架進行調整。4、能夠將數據通過GPRS模塊實時發送到后臺監控中心。本配變數據轉發器能夠 支持2種發送方式實時數據主動發送和數據被動召測。其中，實時數據主動發送模式下， 設備每從前端模塊取到一組數據后就立刻主動進行實時存儲和實時轉發，采集和轉發時間 間隔可以根據需要進行本地或遠程設置；在數據被動召測模式下，設備能被動接收后臺監 控中心的召測命令，并根據命令執行數據采集和發送的工作。5、如果向后臺發送數據失敗(后臺沒有收到數據)，則本配變數據轉發器根據網絡情況隔一段時間后重新發送未發出的數據。6、支持本地調測、軟件升級功能。本配變數據轉發器能夠通過外接計算機設備進 行本地參數設置、調測以及本地軟件升級功能。7、支持遠程參數設置功能，包括遠程校時、通信參數設置、外接的測控設備的管理 參數設置、采集和存儲相關參數設置。8、具備信道保持相關功能，包括心跳包、斷線重連等功能。二、本實施例的配變數據轉發器的硬件功能如下1、設備采用金屬外殼，主控板、GPRS模塊和電源模塊集成安裝在本配變數據轉發 器的內部。2、GPRS通信部分采用標準的GPRS通信模塊。3、采用獨立式開關型電源轉換模塊，集成安裝在配變數據轉發器的內部。輸入基 準為220V交流電，支持寬電壓輸入，保證裝置輸入電壓在180-250V之間時能正常工作。4、中央處理器采用ARM7系列芯片。5、數據存儲器為大容量工業級SD卡。6、體積小巧，外殼尺寸為175mm(長)X 125mm(寬)X 55mm(高)。7、安裝方式為壁掛式，安裝在配變計量箱箱體內部的絕緣板壁上。8、支持2個設備串口(RS232/485，通過硬跳線配置或軟件配置)，專用于數據采 集。另外包含1個RS232串口用于本地調測。9、設置7個指示燈指示以下指標電源工作狀態、系統工作狀態、撥號狀態、登錄 狀態、GPRS通信狀態、串口一數據收發狀態指示和串口二數據收發狀態指示。10、設備正常工作環境溫度-20°C 70°C ；濕度小于90%。11、支持上電自動開機，設置系統復位按鈕實現裝置本地重啟。三、本實施例的配變數據轉發器的主要特點
1、能夠長時間、大容量存儲電力參數—般地，前端傳感設備(如無功補償測控儀)的存儲空間較小，無法對所有電力數 據進行本地存儲，特別的對于采集頻率較高的實時數據不能實現本地存儲。本配變數據轉 發器能夠支持最大5分鐘采集頻率的無功補償實時數據本地存儲3個月以上，從而保證所 有采集數據的安全性，防止出現不必要的數據丟失。2、實現現場終端主動發送模式，引入失敗重發機制本配變數據轉發器實現了終端設備主動發送數據至后臺，可以省去召測步驟，同 時還支持心跳命令和校時請求命令的主動發送。另外本設備還引入了數據失敗重發機制， 這些都有利于提高數據傳輸的可靠性。3、支持多串口和多協議本配變數據轉發器可同時外接2個外部數據采集設備，突破了一般GPRS模塊智能 接1路設備的局限，從而起到了設備集中器的作用。另外，本配變數據轉發器具備通用協議 轉換框架，無需更換程序就能支持多種不同類型的規約的設備的接入。4、具備系統自診斷功能本配變數據轉發器具有很強的自恢復功能，能夠實時檢測自身的運行狀態，發現 異常后進行相應的處理。恢復手段包括重新啟動設備、重新啟動GPRS模塊、重新撥號、重新登錄網關等。5、支持遠程更新程序本配變數據轉發器支持LAP功能，能夠利用GPRS信道遠程更新程序，從而使得運 維過程更加方便，升級產品更加容易。6、本配變數據轉發器能夠與浙江省電力公司的內網無線通道匹配，適應電力系統 內外網隔離的特殊安全要求。按照浙江省電力公司的要求，本裝置與后臺的連接需要通過 浙江省電力公司電力內網無線通道實現，因此本裝置支持通過符合浙江省電力公司用電現 場服務與管理系統通信規約的通信協議進行數據傳輸。傳統的配變箱數據采集系統中，數據傳輸基本采用后臺召測-終端響應的被動工 作模式后臺主動發送召測命令，終端響應后臺命令后再開始進行數據采集和發送的工作。 本配變箱數據傳輸裝置不僅能夠實現采用后臺召測-終端響應的被動工作模式，更加能夠 實現后臺數據采集由終端自身觸發的數據主動采集模式，該主動數據采集模式的工作流程 如圖4所示步驟一配變數據轉發器4作為數據采集終端定時采集由傳感設備2檢測到的電 力線路實時數據；步驟二配變數據轉發器4將采集到的實時數據進行規約轉換，規約轉換負責解 析采集到的數據，并將這些數據封裝封裝成符合后臺發送要求的標準規約格式；步驟三配變數據轉發器4將經所述步驟二規約轉換后的實時數據發送至后臺監 控系統，該配變數據轉發器4并同時啟動計時；步驟四后臺監控系統的客戶端6確認是否收到實時數據，如果是，則該后臺監控 系統處理該實時數據，然后繼續下一步驟；如果否，則轉到步驟六；步驟五后臺監控系統處理所述的實時數據，并向配變數據轉發器發送確認包；步驟六；配變數據轉發器4在計時結束前確認是否收到后臺監控系統發送的確認 包，如果是，則配電箱本次實時數據傳輸成功，結束本次傳輸任務；如果否，則繼續下一步 驟；步驟七配變數據轉發器4判斷本次實時數據的重發次數是否超過設定值，如果 否，則返回重新執行步驟三；如果是，則繼續下一步驟；步驟八配變數據轉發器4確認正在發送的實時數據是否已經存儲在本地，如果 是，則轉到步驟十；如果否，則繼續下一步驟；步驟九配變數據轉發器4將發送失敗的實時數據存儲在本地，并且建立相應的 數據補發任務進行長時間保存；步驟十配變數據轉發器4定時觸發數據補發任務，并返回重復執行步驟三。因此，當本實施例的配變箱數據傳輸裝置正常工作時，配變數據轉發器通過串口 從其他前端傳感設備中采集數據，然后將數據存入SD卡中，同時主動將采集到的數據實時 或按照預設值的固定時間通過GPRS模塊發送到后臺監控中心。如果發送失敗，則會重新發 送，配變數據轉發器也可以被動接受后臺發送過來的命令，然后執行相應的操作。本實施例的的配變箱數據傳輸裝置主要著眼于改造傳統配變箱數據采集系統的 工作流程，首先，實現了配變箱終端主動采集數據發送給后臺的模式，有利于簡化通信過 程，并使數據采集和數據傳輸相互獨立、互不干擾；其次，后臺監控中心收到數據后向配變
9箱終端發送確認包，這樣能使配變箱終端了解數據發送情況，從而使配變箱終端能夠判斷 是否應該重新發送數據以及是否應該存儲數據；另外，增加數據存儲功能和歷史數據發送 功能，如果實時數據發送連續失敗多次，則將數據作為歷史數據存儲到本地存儲器(SD卡) 中，每隔一段時間后重新發送這些歷史數據，直到發送成功為止，這樣就能最大限度地保證 數據傳輸過程的可靠，特別能適應傳輸環節惡劣的應用場合。
權利要求
1.一種配變箱數據傳輸裝置，包括有配變計量箱箱體；傳感設備，設置于所述配變計量箱箱體內，該傳感設備用于采集變電站線路的運行狀 態，該傳感設備包括有第一輸出端和第二輸出端；動作執行機構，設置于所述配變計量箱箱體內，該動作執行機構的控制輸入端和所述 的傳感設備的第一輸出端連接，并且，所述的傳感設備控制所述動作執行機構執行相應的 動作；以及后臺監控系統，包括有通信服務器、多個客戶端、數據服務器和應用服務器，其中，所述 的通信服務器、數據服務器、應用服務器分別通過通信網絡和所述的客戶端連接并實現數 據通信；其特征在于所述的配變箱數據傳輸裝置還包括有能實現數據存儲和處理的配變數據 轉發器，該配變數據轉發器的輸入端和所述傳感設備的第二輸出端連接，該配變數據轉發 器的輸出端通過無線網絡和所述通信服務器的輸入端連接。
2.根據權利要求1所述的配變箱數據傳輸裝置，其特征在于所述的配變數據轉發器 包括有一中央處理器，所述的中央處理器連接有電源模塊、數據采集模塊、數據存儲模塊、 無線網絡傳輸模塊、信號顯示模塊和定時模塊。
3.根據權利要求2所述的配變箱數據傳輸裝置，其特征在于所述的中央處理器為基 于ARM7架構的LPC2378芯片。
4.根據權利要求2所述的配變箱數據傳輸裝置，其特征在于所述的數據存儲模塊為 大容量工業級SD卡。
5.根據權利要求1所述的配變箱數據傳輸裝置，其特征在于所述的通信網絡為基于 TCP/IP協議的電力局域網。
6.根據權利要求1所述的配變箱數據傳輸裝置，其特征在于所述的無線網絡為GPRS 通訊網絡。
7.根據權利要求1 6中任一權利要求所述的配變箱數據傳輸裝置，其特征在于所 述的傳感設備為無功補償測控儀，相應地，所述的執行機構為無功補償電容投切裝置，并 且，所述的無功補償測控儀和所述的配變箱數據傳輸裝置之間采用RS232/RS485通信方式 實現數據傳輸。
8.一種采用如權利要求7所述裝置的數據傳輸方法，其特征在于，所述的數據傳輸方 法包括有如下步驟步驟一所述配變數據轉發器作為數據采集終端定時采集由所述傳感設備檢測到的電 力線路實時數據；步驟二 所述配變數據轉發器將采集到的實時數據進行規約轉換；步驟三所述配變數據轉發器將經所述步驟二規約轉換后的實時數據發送至所述后臺 監控系統，該配變數據轉發器并同時啟動計時；步驟四所述后臺監控系統的客戶端確認是否收到所述的實時數據，如果是，則該后臺 監控系統處理該實時數據，然后繼續下一步驟；如果否，則轉到步驟六；步驟五所述后臺監控系統處理所述的實時數據，并向所述配變數據轉發器發送確認包；步驟六；所述配變數據轉發器在計時結束前確認是否收到所述后臺監控系統發送的確 認包，如果是，則配電箱本次實時數據傳輸成功，結束本次傳輸任務；如果否，則繼續下一步 驟；步驟七所述配變數據轉發器判斷本次實時數據的重發次數是否超過設定值，如果否， 則返回重新執行所述步驟三；如果是，則繼續下一步驟；步驟八所述配變數據轉發器確認正在發送的實時數據是否已經存儲在本地，如果是， 則轉到步驟十；如果否，則繼續下一步驟；步驟九所述配變數據轉發器將發送失敗的所述實時數據存儲在本地，并且建立相應 的數據補發任務進行長時間保存；步驟十所述的配變數據轉發器定時觸發所述的數據補發任務，并且返回重復執行所 述步驟三。
9.根據權利要求8所述的數據傳輸方法，其特征在于所述的實時數據包括有即時數 據、整點數據、日統計數據和月統計數據。
全文摘要
一種配變箱數據傳輸裝置，包括有配變計量箱箱體；傳感設備；動作執行機構及后臺監控系統；其特征在于所述的配變箱數據傳輸裝置還包括有能實現數據存儲和處理的配變數據轉發器，該配變數據轉發器的輸入端和所述傳感設備的第二輸出端連接，該配變數據轉發器的輸出端通過無線網絡和所述通信服務器的輸入端連接。與現有技術相比，本發明在配變箱中增加配變數據轉發器，引入了大容量存儲，實現數據存儲、處理和轉發功能，增大數據存儲能力，并與前端傳感設備、通信連路和后臺監控中心無縫鏈接，保證了電力數據能可靠地送到后臺，從而大大提高了系統的實用件。
文檔編號H04L1/16GK102097862SQ20101058697
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月14日 優先權日2010年12月14日
發明者嚴浩軍, 樂全明, 安磊, 楊曉華, 樊勇, 王彬栩, 管金勝, 董國倫, 陳安偉, 高朝霞 申請人:寧波永耀信息科技有限公司, 浙江省電力公司